非编码RNA调控的细胞焦亡在动脉粥样硬化中作用机制的研究进展

2021-01-07郭旭男边云飞张玥余浩瑗于晓朴

实用心脑肺血管病杂志 2021年12期

郭旭男，边云飞，张玥，余浩瑗，于晓朴

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）引起的心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）是全球居民死亡的主要原因，目前临床多认为炎性反应与细胞死亡参与了AS的病理生理过程。细胞焦亡又称炎症性细胞死亡，是一种依赖焦孔素家族蛋白形成质膜膜孔的可调控且伴有炎性反应的程序性细胞死亡方式，主要特点为细胞质膜快速形成直径为10～15 nm的膜孔，可致使细胞离子梯度破坏，进而导致细胞水肿、破裂，促进细胞内容物及促炎因子释放［1］，形态上表现为细胞坏死、凋亡，主要表现于单核细胞、巨噬细胞、树突状细胞、平滑肌细胞（smooth muscle cells，SMC）、血管内皮细胞（vascular endothelial cell，VEC）、心肌细胞及其他细胞类型，与AS的发生发展密切相关［2］。根据天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）的不同可将细胞焦亡分为Caspase-1依赖的经典途径和非Caspase-1依赖的非经典途径。在细胞焦亡Caspase-1依赖的经典途径中，细胞可在高脂、高糖、高三酰甘油、缺氧、机械剪切力［3］等刺激下通过病原体相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）和危险相关分子模式（dangerassociated molecular patterns，DAMPs）激活模式识别受体（pattern recognition receptors，PRRs），组装形成炎性小体后招募并活化Caspase-1，而活化的Caspase-1一方面可以促进前体白介素（interleukin，IL）-1β、IL-18成熟，另一方面可通过剪切焦孔素D（gasdermin D，GSDMD）并寡聚化其氨基端产物而介导质膜膜孔形成，进而引发细胞焦亡［4］。有研究表明，Caspase-1依赖的巨噬细胞、VEC、SMC焦亡经典途径参与了AS的病理生理过程［5］。

人类基因组在转录水平上极为活跃，但仅约1.9%的基因序列被转录为蛋白质，其他则被转录为非编码RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）［6］。ncRNAs主要包括微小RNA（micro RNAs，miRNAs）、长链非编码RNAs（long non-coding RNAs，LncRNAs）、环状 RNA（circle RNAs，circRNAs），其中miRNAs长度介于18～24个核苷酸单位，主要通过反义抑制mRNA的3'非翻译区（3' untranslated regions，3'UTR）沉默基因表达而发挥作用［7］；LncRNA是一种长度＞200个核苷酸单位的ncRNA，可作为竞争性内源RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA）与miRNA的互补结合位点结合，而后通过海绵吸附到下游靶基因的3'UTR来调控基因表达［8］；circRNAs是一种以共价键形成闭环形结构的高度保守的ncRNAs类型，其作用机制主要包括充当miRNA海绵、结合RNA结合蛋白进行调控转录、编码蛋白质等［9］。虽然近年关于细胞焦亡的相关研究较多，但其炎性小体的激活机制、相关信号通路、主要效应因子等仍需进一步明确。本文就ncRNAs调控的VEC、巨噬细胞、SMC焦亡在AS中的潜在机制进行探讨，以期为AS提供新的治疗靶点。

1 ncRNAs调控的VEC焦亡在AS中的潜在机制

VEC具有影响血液流动性、抗血栓形成、维持血管通透性、调控单核淋巴细胞等功能，其损伤和死亡可破坏血管内皮的完整性，被认为是AS的始动环节。在AS病理条件下，VEC中的PRRs感知到危险因素而形成炎性小体，释放炎性因子，进而破坏血管内皮的完整性，加快脂质沉积、单核细胞聚集、SMC迁移等一系列病理过程，进而引发细胞焦亡。氧化低密度脂蛋白（oxidized low density lipoprotein，ox-LDL）是AS的危险因素之一，可通过损伤VEC而参与AS的进展［10］。LI等［11］实验发现，miRNA-30c-5p通过抑制FOXO3表达而减轻ox-LDL诱导的人主动脉内皮细胞（human aorta epithelial cells，HAECs）焦亡。ZHANG等［12］在经ox-LDL处理的HAECs中发现，LncRNA及海绵miRNA-223可上调NOD样受体蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎性小体表达，促进内皮细胞焦亡，而褪黑素则通过抑制LncRNA MEG3表达而减少AS模型小鼠主动脉斑块形成和减轻炎性反应，起到抗AS的作用。WU等［13］研究表明，阿托伐他汀可通过LncRNA NEXN-AS1/NEXN信号通路而减少内皮细胞焦亡。ox-LDL诱导VEC焦亡可能参与了AS的早期阶段，而药物治疗可能就是通过抗细胞焦亡途径而发挥疗效，但目前其分子机制仍需进一步明确。ZENG等［14］研究发现，高脂血症和高血糖患者miRNA-125a-5p基因表达升高，其通过抑制甲基胞嘧啶双加氧酶2（tet methylcytosine dioxygenase 2，TET2）表达导致DNA甲基化异常，进而引起线粒体功能障碍、活性氧积聚、核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）激活、炎性小体的激活核成熟，最终促进细胞焦亡。CHENG等［15］研究发现，hsa_circ_0068087可靶向结合miRNA-197而调控Toll样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）/NF-κB/NLRP3信号通路，促进高糖诱导VEC焦亡。LncRNAs肺腺癌转移相关转录本 1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT-1）最初在小细胞肺癌中被发现，后续研究发现其可参与细胞增殖、自噬、焦亡等病理生理过程，可在低氧、高糖、氧化应激下增多［16］。2015年PUTHANVEETIL等［17］使用不同水平的葡萄糖处理人脐静脉内皮细胞，发现LncRNA MALAT1表达升高，其可促进炎性因子释放，而使用干扰小RNA（small interfering RNA，siRNA）干扰MALAT1表达则可减轻炎性反应。而后FENG等［18］研究发现，LncRNA MALAT1可通过诱导ceRNA与miRNA-146结合促进炎性因子分泌；SONG等［19］使用高糖刺激EA.Hy926人VEC发现，LncRNA MALAT1通过诱导ceRNA与miRNA-22结合，上调NLRP3炎性小体表达，进而促进高糖诱导VEC焦亡。由此可见，在高糖诱导VEC焦亡中，LncRNA MALAT1作为枢纽基因可调控多种miRNA，这可能是AS的关键治疗靶点。

除AS经典危险因素外，血流动力学在AS的发生发展中也起到了重要作用，主要包括血压和剪切应力。miRNA-181b-5p是一种具有机械敏感性的miRNA，XU等［3］研究表明，低剪切应力会降低miRNA-181b-5p表达，通过STAT-3信号通路激活NLRP3炎性小体，进而促进VEC焦亡及AS的发生。多种细胞死亡参与了AS的病理生理过程，但细胞自噬在AS发展中也起到了重要的保护作用，且促进细胞自噬可减轻线粒体损伤所致的炎性反应［20］。WANG等［21］研究发现，miRNA-103作为细胞自噬的调控因子，在H2O2诱导的氧化应激人冠状动脉内皮细胞中通过促进细胞自噬而抑制细胞焦亡，这为AS与细胞死亡的研究提供了新思路。此外，VEC焦亡与AS的关系在动物实验中也得到了一定验证。BAI等［22］使用AS小鼠模型证实了miRNA-302c-3p通过抑制VEC焦亡而减少斑块内脂质沉积。ZHOU等［23］研究表明，miRNA-495通过抑制NLRP3炎性小体而减轻心肌VEC缺血再灌注损伤和炎性反应。

综上，ncRNA可通过响应多种PAMPs、DAMPs而参与VEC焦亡调控，而细胞焦亡所致血管内皮受损可进一步加快脂质、单核细胞沉积，促进AS发生发展，故明确细胞焦亡的信号通路与调控因素有助于AS的早期预防与治疗。

2 ncRNAs调控的巨噬细胞焦亡在AS中的潜在机制

巨噬细胞作为体内数量最多、种类最多的白细胞之一，既可作为抗炎递质修复受损组织，又可作为促炎细胞加重炎性反应。根据功能和表型，可将巨噬细胞分为促炎的M1型和抗炎的M2型，可通过表达清道夫受体、吞噬脂质、形成泡沫细胞、分泌炎性因子、放大炎症级联反应等参与AS的发生发展及转归［24］。有研究表明，在AS患者体内可发现大量死亡的巨噬细胞［25］。AS早期，巨噬细胞凋亡和自噬通常被认为可减缓疾病进展，但中、晚期巨噬细胞焦亡则与细胞坏死、易损斑块形成密切相关［26］，因此对于巨噬细胞焦亡的机制研究尤为重要。

ox-LDL可促使巨噬细胞向泡沫细胞转化，且与巨噬细胞的炎性反应密切相关［24］。有研究发现，LncRNA H19可以减轻ox-LDL诱导的RAW264.7细胞焦亡［27］。GUO等［28］实验证实，干扰素调节因子1（interferon regulatory factor 1，IRF-1）可通过促进m6A修饰而抑制circ_0029589表达，进而促进ox-LDL诱导巨噬细胞焦亡。WANG等［29］使用经ox-LDL处理的THP1细胞发现，miRNA-9通过JAK1/STAT信号通路抑制细胞核内NF-κB p56和细胞质内NF-κB与IκBα磷酸化，进而抑制NLRP3炎性小体激活并减少细胞焦亡。故笔者通过starBase数据库［30］预测经ox-LDL处理的LncRNA XIST基因可能通过miRNA-9/JAK1/STAT1信号通路促进细胞焦亡。LncRNA核旁斑组装转录本1（nuclear pa-raspeckle assembly transcript 1，NEAT1）位于细胞核中，FU等［31］指出，LncRNA NEAT1可调控ox-LDL诱导的巨噬细胞炎症和脂质代谢。随后CHEN等［32］在RAW264.7细胞模型中发现，ox-LDL以剂量-时间依赖的方式上调LncRNA NEAT1表达，且其可与miRNA-128结合而促进巨噬细胞焦亡，敲除LncRNA NEAT1可抑制CD36的表达和泡沫细胞形成。同期，WANG等［33］通过ox-LDL处理的THP-1细胞证实了LncRNA NEAT1通过海绵miRNA-342-3p促进巨噬细胞焦亡。此外，miRNA-33也被证实可导致巨噬细胞内活性氧积聚，激活NLRP3炎性小体，进而促进细胞焦亡［34］。白藜芦醇是一种天然的抗AS药物，可通过miRNA-200a/Nrf2/GSDMD信号通路抑制ox-LDL诱导巨噬细胞焦亡［35］。HAN等［36］研究发现，芥子酸（sinapic acid，SA）可通过抑制LncRNA MALAT1表达而减轻巨噬细胞焦亡，延缓AS进展，但SA可抑制LncRNA MALAT1表达的具体机制仍需进一步验证。SONG等［37］的动物实验表明，miRNA-181a可通过靶向结合MEK1而影响ERK/NF-κB信号通路调控细胞焦亡。YIN等［38］通过动物、细胞实验表明，miRNA-155可通过影响ERK1/2信号通路而促进ox-LDL诱导巨噬细胞焦亡，进而导致AS。

综上，巨噬细胞焦亡在AS的发生发展中可能发挥了重要作用，而ncRNA主要通过调节脂质代谢而参与巨噬细胞焦亡。但目前对于巨噬细胞焦亡的研究多集中于细胞实验，其对AS影响的研究仍处于初步阶段，其分子作用机制仍需进一步明确。本课题组拟结合细胞、动物实验深入探讨脂肪组织来源外泌体内miRNA-33调控巨噬细胞内NLRP3炎性小体的机制，以期为临床治疗AS提供新思路。

3 ncRNAs调控的SMC焦亡在AS中的潜在机制

在AS患者中，SMC从动脉壁中间层向内膜迁移，其产生的胶原蛋白和弹性蛋白覆盖斑块并形成纤维帽。研究表明，ncRNAs可调控SMC的增殖、迁移、表型转化和细胞外基质、细胞因子的分泌［39］。PAN等［40］研究发现，细胞焦亡相关黑素瘤缺乏因子2（absent in melanoma 2，AIM2）炎性小体可通过促进SMC迁移而影响斑块形成。而其在后续研究中发现，在AS动物和ox-LDL处理的SMC模型中AIM2炎性小体表达增高，且与NF-κB信号通路相关［41］。牙龈卟啉菌在AS的发生发展中具有关键作用，但其具体机制尚未明确，LIU等［42］研究发现，circRNA PPP1CC通过竞争性结合miRNA-103a-3p和miRNA-107而参与牙龈卟啉菌脂多糖诱导的SMC焦亡，进而引发AS。目前临床对SMC焦亡的研究较少，其与AS的具体机制仍需进一步明确。